CN106272432B - 一种六自由度机械手 - Google Patents

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    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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Abstract

本发明提供一种六自由度机械手，应用无人机遥控器的旋钮和开关两个通道进行控制，包括第一到第六共6个舵机和4个角度传感器S，其中底部的舵机为第一舵机，从底部到手爪的舵机依次为第一到第六舵机，其中第一到第四舵机控制机械臂运动，第五、第六舵机控制手爪的旋转和抓取。具有控制灵活，实现姿态多的特点，理论上可以以任意姿态到达可达范围中的任意一个点，在工业领域具有广泛的应用前景。

Description

一种六自由度机械手
技术领域
本发明涉及无人机领域，特别涉及一种在四旋翼无人机上搭载的六自由度机械手。
背景技术
现有无人机搭载的机械手多为低自由度机械手，灵活性不够，姿态少。机械手多为开环控制，控制精度不好，并且使用遥控器的控制通道太多限制了遥控器实现更多功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种六自由度机械手，具有控制灵活，实现姿态多的特点，理论上可以以任意姿态到达可达范围中的任意一个点，在工业领域具有广泛的应用前景。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种六自由度机械手，应用无人机遥控器的旋钮和开关两个通道进行控制，包括第一到第六共6个舵机和4个角度传感器S，其中底部的舵机为第一舵机，从底部到手爪的舵机依次为第一到第六舵机，其中第一到第四舵机控制机械臂运动，第五、第六舵机控制手爪的旋转和抓取。
进一步的，初始状态时STM32芯片对外输出选择为0，向上拨动开关即控制舵机的号码加1，向下拨动开关即控制舵机号向下减1。
进一步的，无人机遥控器旋钮的最左和最右的位置分别对应执行舵机的0-180度的角度位置，通过旋转遥控器的旋钮就可控制舵机位置。
进一步的，调整好一个舵机后再重复上面的过程调整下一个要调整的舵机，调整完第一到第四舵机4个舵机的状态让机械手做出一个固定的姿态，而选择第五、第六舵机则可实现控制机械手的旋转和抓取。
附图说明
图1为本发明的六自由度机械手装配图。
图2为本发明的系统框图。
图3为本发明的通道选择框图。
图4为本发明的程序流程框图。
(注意：附图中的所示结构只是为了说明发明特征的示意，并非是要依据附图所示结构。
具体实施方式
根据发明所述的六自由度机械手，应用于无人机系统。所述无人机系统包括遥控器、接收机、STM3芯片、六自由度机械手。
如图1所示，假设机械臂的底部的舵机为第一舵机1，从底部到手爪的舵机依次为第一到第六舵机1-6。其中第一到第四舵机1-4控制机械臂运动，第五、第六舵机5、6控制手爪的旋转和抓取。系统整体上电初始化后，遥控器接通接收机并且STM32芯片接收到信号，这时STM32对外输出选择为0。向上拨动开关即控制舵机的号码加1，向下拨动开关控制舵机号向下减1，程序已经控制选择舵机的限制。选择好准备控制的舵机后，再旋转旋钮，旋钮的最左和最右的位置分别对应执行舵机的0-180度的角度位置，这样旋转旋钮就可以控制舵机位置。调整好一个舵机后再重复上面的过程调整下一个要调整的舵机，调整完第一到第四舵机4个舵机1-4的状态就让机械臂做出一个固定的姿态，而选择第五、第六舵机5、6则可以实现控制机械手的旋转和抓取。
如图2所示，遥控器向接收机发送控制信号，接收机接到信号后就会在固定引脚上发出PWM波，利用STM32芯片捕获脉冲功能捕获接收机发出的信号。
如图3、4所示，STM32芯片将捕获的拨动开关信号作为通道选择信号：由于遥控器开关有三个档位，每个档位对应着固定的信号频率，这样STM32芯片可以根据接收到的信号频率不同来区分不同的档位。开关中间位置作为原始位置，向上拨动开关即控制舵机的号码加1，向下拨动开关控制舵机号向下减1。通过编写程序控制选择舵机的限制，对于上述采用六个舵机1-6的情况，当控制的舵机为第六舵机6时，向上拨动开关舵机号不再加，同理舵机号为0时即初始化时没有选择舵机状态，舵机号也不再减1。
用遥控器的一个旋钮控制PWM脉冲输出，旋钮的左极限位置和右极限位置分别对应执行舵机的0-180度的角度位置，中间只需STM32芯片把接收到信号通过比例关系计算后输出预要达到的控制舵机位置的信号即可。这样转动旋钮时就可以控制舵机实现连续角度转动。转动角度的变量由根据比例关系设定，旋钮对应接收机输入的脉冲宽度作为自变量，STM32芯片输出的角度的变量作为因变量，那么STM32芯片对捕获的脉冲宽度设定的周期越短，输出的角度的变量也对应越小，进而控制舵机的转动角度的变量越小。
这样通过遥控器的两个通道就可以实现选择不同的舵机并控制其旋转的位置的功能，多舵机的运动组合就可让机械臂做出固定的姿态。
进一步的，机械臂的角度传感器S与舵机输出轴相连。利用STM32芯片的ADC功能读取角度传感器S返回的数值，再将数值转化为角度值。通过遇限削弱积分法PID算法得出控制舵机旋转的频率。这样实现了对机械臂的闭环控制，使控制舵机的位置更加精确。
根据本发明所述的六自由度机械手，具有以下特点：
(1)通过无人机搭载六自由度机械手可实现远距离对目标物的抓取，由于六自由度机械手实现姿态的多样性，抓取时操作更灵活、方便。
(2)只用遥控器上的一个旋钮、一个开关即实现对机械手六个舵机的控制，极大地节约了遥控器的控制资源，为遥控器实现更多的功能奠定了条件。
(3)在舵机上加角度传感器S实现闭环控制，进而达到精准控制舵机的位置。
以上所述，仅为发明的较佳实施例而已，并非用于限定发明的保护范围，凡在发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种六自由度机械手，应用无人机遥控器的旋钮和开关两个通道进行控制，其特征在于：
包括第一到第六共6个舵机(1-6)和4个角度传感器S，其中底部的舵机为第一舵机(1)，从底部到手爪的舵机依次为第一到第六舵机(1-6)，其中第一到第四舵机(1-4)控制机械臂运动，第五、第六舵机(5、6)控制手爪的旋转和抓取；
初始状态时STM32芯片对外输出选择为0，向上拨动开关即控制舵机的号码加1，向下拨动开关即控制舵机号向下减1；
无人机遥控器旋钮的最左和最右的位置分别对应执行舵机的0-180度的角度位置，通过旋转遥控器的旋钮就可控制舵机位置；
调整好一个舵机后再重复上面的过程调整下一个要调整的舵机，调整完第一到第四4个舵机(1-4)的状态让机械手做出一个固定的姿态，而选择第五、第六舵机(5、6)则可实现控制机械手的旋转和抓取。
2.根据权利要求1所述的一种六自由度机械手，其特征在于：
角度传感器S与舵机输出轴相连，利用STM32芯片的ADC功能读取角度传感器S返回的数值，再将数值转化为角度值。
3.根据权利要求2所述的一种六自由度机械手，其特征在于：
用遥控器的一个旋钮控制PWM脉冲输出，旋钮的左极限位置和右极限位置分别对应执行舵机的0-180度的角度位置，中间只需STM32芯片把接收到信号通过比例关系计算后输出预要达到的控制舵机位置的信号，从而实现通过转动旋钮时就可以控制舵机实现连续角度转动。
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